Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Характеристики постоянных магнитов..... в 25.2.Магнитножесткие сплавы 9 25.3. Материалы из порошков и ферритов...... Глава 26. Динамика магнитных доменов и их применение записи информации 926.1. Предельная скорость доменной границы 9 26.2. Вынужденное движение доменных границ 926.3. Излучение звука при движении доменной границы .. 926.4. Динамика цилиндрического магнитного домена Г л а в а 27. Применение магнитных материалов.
827.1. Запись информации в магнитофоне 927.2 Запись информации на ПМД. $ 27.3. Технологические основы ЦМД-устройств.. 927.4. Перспективы развития магнитной пзмяти.. 456 456 459 464 для 468 468 474 479 481 485 485 486 490 491 Предисловие Предлагаемая книга является изложением курса лекций, читаемых по специальности магнетизм в Харьковском университете на протяжении многих лет. В издательстве Харьковского университета курс лекций по магнетизму публиковался трижды: в 1960 г. «Лекции по ферромагнетизму», в 1966 г. — эЛекции по магнетизму» и в 1972 г. — «Лекции по магнетизму» (дополнительные главы).
Предлагаемая книга представляст собой наиболсс полный курс лскций. Современная физика магнитных явлений развивается чрезвычайно интенсивно, и в одной книге осветить ее состояние невозможно. Можно лишь рекомендовать сравнительно недавно появившиеся книги и обзоры, посвященные наиболее актуальным аспектам магнетизма — физике нелинейных явлений и солитонов, магнитооптике и ее применениям, многослойным магнитным системам.
Цель же нашей книги — предложить учебник, в котором были бы собраны только основные теоретические и экспериментальные сведения о магнетизме. Магнетизм — существенно квантовое явление, поэтому при его изучении нельзя обойтись без квантовых представлений. При пользовании книгой предполагается знание основ термодинамики и знакомство с квантовой теорией в объеме курса атомной физики. Необходимые дополнения содержатся в книге. Первые главы книги посвящены магнитным свойствам атомов, термодинамике магнитных явлений и свойствам пара- и диамагнетиков в постоянных полях.
Затем даны основы теории самопроизвольного упорядочения в ферро- и антиферромагнетиках: рассматриваются методы изучения стационарных магнитоупорядоченных структур (рассеяние нейтронов, эффект Мессбауэра). Ряд глав посвящен резонансным явлениям в переменных полях: ядерному магнитному резонансу, электронному парамагнитному резонансу, ферро- и антиферромагнитному резонансу.
Кратко изложены теория спиновых волн и основные сведения об экспериментальных методах изучения спин †волново спектра (неупругом рассеянии нейтронов и света, поглощении света). Не обойдены вниманием доменные структуры и динамика магнитных доменов, прежде всего цилиндрических. Глава 26 заимствована из книги «В мире магнитных доменов». Один из нас (В.
В. Еременко) благодарит авторов этой книги — В.Г. Барьяхтара и Б.А. Иванова, 10 Предисловие разрешивших такое заимствование, а также Н.Н. Агашкову за помощь в подготовке настоящего издания. В последних главах описываются ферромагнитные материалы. При этом значительное внимание уделено ферритам. Книга рассчитана на студентов, специализирующихся в области магнетизма и изучающих общий курс физики в объеме, соответствующем программе физических факультетов университетов. Предполагается знакомство с основами термодинамики и квантовой теорией в объеме курса атомной физики.
Глава ! МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКИ АТОМА ф 1.1. Планетарная модель атома Еще в 1820 г. Ампер предположил, что магнитные свойства вещества связаны с существованием в нем незатухающих круговых электрических токов. Однако природа этих токов до начала двадцатого века оставалась неясной. В начале ХХ-го века на основании изучения рассеяния о-частиц в веществе Резерфорд пришел к выводу, что положительный заряд атома сконцентрирован в весьма малом объеме в его центре и в этом положительном ядре сосредоточена почти вся масса атома.
Резерфорд предложил планетарную модель атома, в которой вокруг тяжелого положительного ядра вращаются электроны. С этой точки зрения круговые токи Ампера отождествлялись с вращающимися вокруг ядра электронами. Рассмотрим магнитные свойства такой модели атома. Из учения об электричестве (74] известно, что магнитный момент замкнутого линейного тока составляет (1.1) где величина Я в простейшем случае плоского контура численно равна площади внутри контура с током й с — скорость света.
Рассмотрим один из электронов, вращающихся вокруг ядра. Создаваемый им магнитный момент можно вычислить по формуле (1.1), подставив вместо 1 среднюю величину тока 1 = е(Т, где с — заряд электрона, а Т вЂ” период обращения. Для простоты предположим, что его орбита является круговой с радиусом г: е Я е з е з е )т= — —,,=ъ кг гпщг = р, с Т сТ 2тс 2глс (! .2) где р — момент импульса; т, — масса электрона. Аналогичный результат получится и для эллиптической орбиты.
Следовательно, между магнитным моментом )т, создаваемым электроном при движении вокруг 12 Гл. й Л1игнитнив свойства влвктронной оболочки итолси ядра, и его моментом импульса р существует универсальная связь: д е р 2тс (1.3) Проверка соотношения (1.3) может служить одним из доказательств правильности планетарной модели. Однако, хотя, как мы увидим ниже, это соотношение и выполнено, сама классическая планетарная модель внутренне противоречива. Действительно, известно, что заряд, движущийся с ускорением, излучает электромагнитные волны; поэтому электрон, движущийся по замкнутой орбите, должен непрерывно терять энергию, и следовательно, планетарная модель неустойчива.
ф 1.2. Модель атома Бора — Зоммерфельда. Атом водорода Бор разрешил указанное выше противоречие, предположив, что существуют некоторые орбиты, на которых электрон не излучает. Эти орбиты определяются из следующего условия: момент импульса должен быть целым кратным некоторой универсальной постоянной, то есть р=тигг =и —, (1.4) 2п' где Ь ск б,б 10 зт эрг с — постоянная Планка; п — целое число.
Для атома водорода, в котором имеется лишь один электрон, вращающийся вокруг ядра, легко, пользуясь классическими соотношениями и формулой (1.4), вычислить энергию электрона на этих стационарных орбитах: 2кзтв и и (1 + т)м) (1.5) р,г)сй = п,)ц (1.6) где и, — периодически меняющаяся координата; р, — соответствующий импульс; и, — целое число.
В частности, для плоского движения по эллипсу положение электрона определяется двумя координатами — г и ст Величина р, = тки з где ЛХ вЂ” масса ядра атома. Казавшиеся первоначально произвольными предположения Бора привели, однако, к блестящему успеху в объяснении линейного спектра водорода и затем получили обоснование с развитием квантовой механики. Первым обобщил теорию Бора Зоммерфельд, включивший в число разрешенных орбит эллиптические и сформулировавший в общем виде правило квантования: 62 Модель атома Бора-Зоммерфельда. Атом водорода 13 при движении в поле центральных сил сохраняется и может быть вынесена из-под интеграла: р, др=ре~ срр=2пре=п, 6, о где и, = 1,2,3,... — целое число.
Значение и„= 0 исключается, поскольку оно отвечает траектории, проходящей через ядро. Соответственно, для р„ ре сЬ = пс6, где пс =- 1, 2, 3, .. д и„ =- 0 отвечает круговой орбите. Энергия электрона атома водорода по-прежнему определяется выражением (1.5), а величина и, носящая название главного квантового числа, связана с гге и п„ соотношением и=-п, +п,„.
При заданном и величина и, может принимать значения пе = 1,2, ..., и,, Поскольку момент импульса может иметь только определенные, пелые, кратные некоторой универсальной постоянной значения, в силу соотношения (1,3) магнитный момент атома также может иметь только определенные значения и квантуется: е е6 р= — р, = и =рва.. (!.7) 2тс. 4япгс Таким образом, магнитный момент атома в этой модели должен быть е6 целым кратным рн = . Величина рн = 0,9273.
10 зо эрг/Э назы4ягис вается магнетоном Бора. Как выяснилось при дальнейшем развитии квантовой теории, несмотря на то что некоторые основные черты планетарной модели атома и правильно отражают действительность, при более глубоком рассмотрении приходится отказаться от представления о движении электрона по определенным траекториям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
